网络互穿型黑豆皮可溶性膳食纤维双交联复合胶的形成机制与功能研究

Food gel is an important food additive in food industry. The traditional mixed gel can be used as fat substitute and gel additive. The interpenetrating polymer network can form an interlaced network of two kinds of gel molecules with a dense composite network structure after bi-crosslinked, which can enhance the capacities of gelation and holding water. This technology could be used to prepare novel food gels and there has been few report on it till now. Soluble dietary fiber (SDF) is a kind of polysaccharides by the alkaline hydrogen peroxide treatment of black soybean coats in the oil processing. It has good gel ability at the presence of calcium ions and excellent binding bile acid capacity. In this project, we would like to prepare interpenetrating network gels with different proportions of SDF from black bean coats and gelatin. By adding two kinds of gel crosslinking agents, calcium ion and glutamine transaminase, an interpenetrating network could be formed with improved mechanical strength and gelation. It will provide new ideas for the research of novel food gel additives, and develop the new application of functional dietary fiber. It also could guide the new direction for the recycling of food processing waste.

食品胶是现代食品工业中重要的食品添加剂，传统复配胶常作为胶凝添加剂和脂肪替代剂。互穿网络双交联体系可以使两种凝胶分子间形成相互穿越的网络形态，经两种交联剂键合而形成致密复合的网络结构。此复合胶具有更稳定的形态和更强的胶凝性，具有更好的持水持油能力。此体系用于制备新型食品胶在国内外还鲜有报道。申请人前期从黑豆加工过程中的废弃物黑豆皮中获得了一种可溶性膳食纤维（SDF），其在钙离子的存在下具有较好的成胶性能，并显示出极好的胆酸结合能力。本项目基于互穿网络双交联体系，将不同比例的黑豆皮SDF和明胶进行互穿交联，通过加入两者的凝胶交联剂钙离子和谷氨酰胺转氨酶，可以形成网络连续地相互穿插结构，从而绿色定向地改善膳食纤维凝胶的力学强度和成胶性能。通过阐明互穿复合胶的形成机制和胶凝规律，为新型食品胶凝剂的开发提供新思路，拓展膳食纤维的应用领域，并为食品加工废弃物二次利用提供新方向。

针对食品加工副产物中的膳食纤维资源的高值化利用，基于互穿网络双交联体系，获得具有更稳定的形态和更强的胶凝性，更好的持水持油能力的复合凝胶，并应用为功能性食品配料。本项目针对研究计划，圆满完成了黑豆皮可溶性膳食纤维（SDF）的构效关系解析、互穿复合胶形成机制探讨和复合胶特性研究，成功开发了黑豆皮SDF-明胶IPN作为低脂肉丸中脂肪替代添加剂，为新型膳食纤维和交联凝胶的具体应用提供了参考，也为健康食品的开发提供了依据。研究内容和结论包括：纯化并解析了黑豆皮可溶性膳食纤维（SDF）结构，阐明了其胶凝特性与结构之间的关系规律。通过分子量测定、单糖组成分析、IR光谱、NMR图谱等手段解析黑豆皮SDF的一级结构特征，结果发现黑豆皮SDF在改性后分子量减小、糖醛酸含量增加、负电荷增加，从而复合胶的成胶性能和功能特性增强，提示SDF结构对于双交联复合胶的胶凝特性具有特定规律；解析了黑豆皮可溶性膳食纤维-明胶互穿复合胶的形成机制，采用谷氨酰胺转氨酶和钙离子作为双交联剂，制备一系列的膳食纤维与明胶的互穿胶体IPN与半互穿胶体sIPN，解释了互穿胶体的形成与凝胶轻度、功能特性的关系，并成功开发了黑豆皮SDF-明胶IPN作为低脂肉丸中脂肪替代添加剂。添加后的低脂肉丸在烹饪产量，尺寸收缩，颜色测定，质构分析及感官评估等指标均达到较好接受度。项目发表了SCI论文第一标注4篇、第二标注4篇；申请专利1项，授权专利2项；培养毕业硕士研究生3名。相关成果在2018年第14届国际亲水胶体会议上作口头报告。